第一章--化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)-習(xí)題解答(20220216034304)

1、第一章化學(xué)熱力學(xué)根底1-1氣體體積功的計(jì)算式 WPedV中，為什么要用環(huán)境的壓力 Pe ?在什么情況下可用體系的壓力P體 ？答：Wf夕卜dlp外A dl p外dV在體系發(fā)生定壓變化過(guò)程時(shí)，氣體體積功的計(jì)算式WPedV中，可用體系的壓力P體代替Pe。1-2 298K時(shí)，5mol的理想氣體，在1定溫可逆膨脹為原體積的 2倍；(2 ) 定壓下加熱到373K; 3定容下加熱到373K。Cv,m = 28.28J mol-1 K-1。 計(jì)算三過(guò)程的 Q、W、 U、 H和厶S。解 1 U = H = 0V2Q W nRT ln 丄 5 8.3142981n 28.587kJV1S nRl5 8.314ln

2、 228.82J K 1V12H QPn CP,m(373 298) 13.72kJU n CV,m(373 298) 10.61kJW = U -QP = 3.12 kJT23731S nCPmln5 (28.28 8.314)ln41.07J K 1T12983U QVn CV,m(373 298) 10.61kJH nCP,m(373 298) 13.72kJW = 0T23731S nCVmln5 28.28ln31.74J KT12981-3容器內(nèi)有理想氣體，n=2mol , P=10P ,T=300K。求(1)在空氣中膨脹了 1dm3, 做功多少？ (2)膨脹到容器內(nèi)壓力為lP，做

3、了多少功？ (3膨脹時(shí)外壓總 比氣體的壓力小dP，問(wèn)容器內(nèi)氣體壓力降到IP時(shí)，氣體做多少功？解：1此變化過(guò)程為恒外壓的膨脹過(guò)程，且Pe 105Pa53WPe V 10 1 10100J2此變化過(guò)程為恒外壓的膨脹過(guò)程，且P. 105Pa3WPe VP (V2V1)P(nRT nRT)9 nRTP10P10-2108.314 3004489.6JFeP dPP nRTVWV2RdVV1nRTV2 1V1 VdVV1Rn RTIn 1 n RTI nV2P2 8.314300 In1P11.486kJ10P1-4 1mol理想氣體在300K下，1dm3定溫可逆地膨脹至10dm3,求此過(guò)程的Q、W、U

4、及厶H。解： U = H = 0nRT In 冬1 8.314300 In105743.1J1-5 1moIH2由始態(tài)25E及P可逆絕熱壓縮至5dm-3,求1最后溫度；(2最8.314l n524.785 8.314ln2298P2nRT2V21 8.3145 10565.333WUn CV,m(T2T1)T2565.3K5555.8J9.4 105Pa1 2.5 8.314 (565.3 298)后壓力；(3 )過(guò)程做功。解：1、，nR£1 8.314 2983V11524.78dmP105解:1-7氣體。He 的 M=4 g mol-1)Qp n Cp,m(323nC/,m(32

5、3 298) U -QP = -J水在100 c時(shí)蒸發(fā)熱為298)4040 5 一8.314423 8.314 25225 5196.3J3117.8J2259.4 J g-1，貝V 100C時(shí)蒸發(fā)30g水，過(guò)程的厶U、 H、Q和W為多少？計(jì)算時(shí)可忽略液態(tài)水的體積解： n30181.67molQ H 2259.4 3067782Jp(Vg Vi)PVgnRT1.67 8.314 3735178.9J1-8U Q W 62603.1J298K時(shí)將1mol液態(tài)苯氧化為CO2和H2O ( l )，其定容熱為3267 kJ mol-1 ,求定壓反響熱為多少?解：C6H6 2 (g) T 6CO(g)

6、+3 H 2O ( l )QP QV RTB(g)3267 8.314 298 (6 7.5)10 33270.7kJ1-9 300K時(shí)2mol理想氣體由ldm-3可逆膨脹至10dm-3，計(jì)算此過(guò)程的嫡變。解：S nRl2 8.3141 n10 38.29J K 1V11-10 .反響在 298K時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下C2H4 (g) + H2O (g) t C2H5OH (l) f Hm? /kJ mol-1Cp , m / J K-1 mol-1計(jì)算1298K時(shí)反響的厶r Hm?。2反響物的溫度為 288K，產(chǎn)物的溫度為 348K時(shí)反響的厶r Hm解1 rHm? = 277.6 + 241.8

7、52.3 = 88.1 kJ mol-12288KC2H4 (g) + H2O (g)C2H5OH (I)348KHiH2? H3298KC2H4 (g) + H2O (g)C2H5OH (I)298K rHm? = rHm? ( 298K ) + Hi + H2 + H3-3=88.1 + ( 43.6 + 33.6 )(298-288)+ 111.5 ( 34&298) X 10=-81.75 kJ mol-11-11 定容下，理想氣體lmolN 2由300K加熱到600K，求過(guò)程的 S。 CP,m,N2(27.00 0.006T)J K 1 mol 1解：CV,m CP,m R

8、18.69 0.006T6001 869 °.006TdT30018.69ln6003000.006(600 300)14.75J K1-12 假設(shè)上題是在定壓下進(jìn)行，求過(guò)程的嫡變。解:60027.00 0.006TS 300dT60027.00ln0.006(600 300) 20.51J K3001-13101.3kPa下，2mol甲醇在正常沸點(diǎn) 337.2K時(shí)氣化，求體系和環(huán)境的嫡變各為多少?甲醇的氣化熱 Hm = 35.1kJ mol-1解:S體系n Hm2 35.1 103337.2208.2J KS環(huán)境Hm2 35100337.2208.2J K1-14 絕熱瓶中有373

9、K的熱水，因絕熱瓶絕熱稍差，有4000J的熱量流人溫度為 298K的空氣中，求1絕熱瓶的厶S體；(2丨環(huán)境的厶S環(huán)；(3總熵變 S總。解：近似認(rèn)為傳熱過(guò)程是可逆過(guò)程4000140001S體系右 10.72J K 1S環(huán)境 步 13.42J K 13732987 S 總= S 體 + S 環(huán) JK1CH4O2CO2H2O (g) f Hm? /kJ - molCp , m / J K-1 - mol-128.1726.7529.16熱產(chǎn)物，求燃燒所能到達(dá)的最高溫度。解； 空氣中 n (O2) = 4mol ,n (N2) = n (O2) (79% 十21%)= 15molN2CH4(g) +2

10、 O2 t CO2 (g) + 2H2O (g) rHm? ( 298K ) = 2 (-241.82) + (-393.51) -(-74.81) = - 802.34 kJ反響后產(chǎn)物的含量為：n / molO2CO2H2O (g)N22121529.16 )(T-298) = 0-802.34 103 + ( 22採(cǎi)17+ 15 27.32 + 26.75 + 2T=1754K1-16.在110C、105Pa下使1mol H2OQ)蒸發(fā)為水蒸氣，計(jì)算這一過(guò)程體系和環(huán)境的熵變。 H2O(g)和 H2O(I)的熱容分別為 1.866 J K-1 g-1 和 4.184 J K-1 g -1，在

11、 100C、105Pa 下H2O(I)的的汽化熱為 2255.176 J g-1。解： 1mol H2OQ , 110 C , 105Pa ) - t 1mol H 2O(g , 110C , 105Pa )f ?H , ?S3J ?H1 , ?S11mol H2O(l , 100 C , 105Pa )-t1mol H 2O(g , 100 C , 105Pa )?H2 , ?S2H 體系H1H2H318373383【383 4.184 dT 2255.176373I.866 dT18 4.184(373 383)2255.176 1.866 (383 373)=40.176 kJS2S31

12、8 4.1843832255.1763731.866 ln383373=107.7 J K-1S環(huán)境Q環(huán)境T環(huán)境Q體系H體系T環(huán)境40176110 273104.9J K-1 -11-17 imol ideal gas with Cv,m = 21J mol ,was heated from 300K to 600K by (1) reversible isochoric process; (2)reversible isobaric process. Calculate the U separately.解： 1 由題知 U = n Cv,m T = 1 X 21X 600 300= 6300 J U只是溫度的函數(shù)，所以 U2 = U1 = 6300J1-18 Calculate the heat of vaporization of 1mol liquid water at 20C, 101.325kPa. vapHm?(water) = 40.67 kJ mol-1，- Cp,m(water) = 75.3 J K-1 mol-1, Cp,m(water vapor) = 33.2 J K-1 mol-1 at 100C .解：1mol H2O(I , 20 C , 105Pa )-t 1m